本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的方法、裝置和基站。

背景技術(shù)：

多輸入多輸出(Multiple-input-multiple-output，MIMO)是3gpp長期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)中的關(guān)鍵物理層技術(shù)，而波束成形技術(shù)是通信系統(tǒng)物理層的主要技術(shù)之一，尤其是對于時分雙工(Time Division Duplex，簡稱為TDD)系統(tǒng)。

目前，對于連接至基站的每個用戶設(shè)備，基站根據(jù)上行訓(xùn)練信號來估計該用戶設(shè)備的上行信道系數(shù)(如假設(shè)eNodeB有N_B個天線，且UE有N_U個，上行信道系數(shù)其中，H_UL是N_B×N_U的矩陣)，并通過相應(yīng)算法，如奇異值分解(Singular Value Decomposition，SVD)、基于特征值的波束成形(Eigenvalue Based Beamforming，EBB)、迫零(Zero Forcing，ZF)、到達(dá)方向(Direction of Arrival，DOA)等，來確定該用戶設(shè)備對應(yīng)的波束成形權(quán)重，從而根據(jù)所確定的波束成形權(quán)重來對該用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形，以向該用戶設(shè)備發(fā)射信號。

作為現(xiàn)有技術(shù)的一個示例，eNodeB有一個天線陣列，eNodeB的天線元素之間的距離為d，用戶設(shè)備UE僅具有一個天線(假設(shè)UE距離eNodeB足夠遠(yuǎn)，UE所接收和傳送的波形可被視為平行波)，eNodeB的第n個天線和UE之間的信道系數(shù)可表示為：

其中，表示該UE的DOA，λ表示無線電載波頻率(Radio Frequency，RF)載波的波長，d為基站的天線陣列中的天線元素之間 的距離；基站可通過以下公式計算

之后，基站可確定與該UE對應(yīng)的波束成形權(quán)重為：

現(xiàn)有技術(shù)中，基站對連接至該基站的每個用戶設(shè)備，均執(zhí)行上述操作來確定與該用戶設(shè)備對應(yīng)的波束成形權(quán)重；也即，每個用戶設(shè)備的波束成形權(quán)重均是單獨被確定的，這使得計算復(fù)雜度較大。

此外，LTE中，用戶設(shè)備僅在上行連輸傳輸定時同步的情況下才能被調(diào)度，而LTE PRACH(Physical Random Access Channel，物理隨機接入信道)僅在下行鏈路同步的UE與基站之間起著作為接口的關(guān)鍵作用。在LTE系統(tǒng)中，PRACH被UE用于傳送PRACH前導(dǎo)序列，來向服務(wù)基站通知UE接入的物理信道，PRACH中的前導(dǎo)序列可由Zadoff－Chu(ZC)序列經(jīng)過循環(huán)移位來生成；每個小區(qū)中有64個可用前導(dǎo)碼序列，基站配置允許UE使用的前導(dǎo)序列，并通過SIB(System Information Block，系統(tǒng)信息塊)來廣播第一個ZC根序列，對根序列按一定的規(guī)則循環(huán)移位，生成相應(yīng)的PRACH前導(dǎo)序列。ZC序列被定義為：

其中，N_ZC是ZC序列的長度，u是根。對于第u個根序列，零相關(guān)區(qū)域的隨機接入碼的長度N_CS-1由循環(huán)移位根據(jù)以下來定義：

x_u,v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)

其中，循環(huán)移位由以下公式導(dǎo)出：

基站決定是否使用限制集或非限制集。UE可以隨機從集合中選擇一個前導(dǎo)序列，所以基站需要檢測通過循環(huán)移位單獨的根序列所獲得的所有的正交序列。每個前導(dǎo)序列的功率延遲分布(Power Delay Profile，PDP)可被計算如下：

此外，由于共同的根序列的循環(huán)移位能夠產(chǎn)生不同的PRACH特征，因此，基站應(yīng)計算每個根序列的PDP。在此之后，通常按照以下步驟擄來實現(xiàn)PRACH檢測：

1.根據(jù)目標(biāo)虛警概率p_fa(T_det)，設(shè)置檢測閾值T_det。

2.尋找大于T_det的循環(huán)移位的PDP峰值，接著，確定攜帶該循環(huán)移位的前導(dǎo)碼。

3.若有不只一個UE使用相同的前導(dǎo)碼，基站應(yīng)該進(jìn)行碰撞檢測。

4.最后的PRACH檢測處理輸出所檢測的前導(dǎo)碼的簽名和計算的上行時間偏移TA_i。

上述解決方案具有循環(huán)移位限制，這限制了具有相同的根的ZC序列的個數(shù)。另一方面，在掩碼窗口的PDP中也有振幅失真，這可能引入一些性能損失，而對于高速小區(qū)，多普勒頻移對PDP引入的失真，較易導(dǎo)致峰值的誤報警。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的方法、裝置和基站。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的方法，其中，該方法包括以下步驟：

a.根據(jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計與所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)；

b.根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣；

c.根據(jù)所述通用加權(quán)矩陣進(jìn)行波束成形，以向所述每個用戶設(shè)備發(fā)射信號。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法還包括用于進(jìn)行PRACH檢測的以下步驟：

d.根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信 號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移；

e.根據(jù)所述平均頻率偏移，對所述多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的的每個用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的裝置，其中，該裝置包括以下裝置：

第一估計裝置，用于根據(jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計與所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)；

第一確定裝置，用于根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣；

波束成形裝置，用于根據(jù)所述通用加權(quán)矩陣進(jìn)行波束成形，以向所述每個用戶設(shè)備發(fā)射信號。

優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置還包括用于進(jìn)行PRACH檢測的以下裝置：

第三估計裝置，用于根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移；

校正裝置，用于根據(jù)所述平均頻率偏移，對所述多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基站，所述基站包括本發(fā)明所述的用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1)在高鐵通信系統(tǒng)中，能夠?qū)Ω鶕?jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，確定與該多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣，以根據(jù)該通用加權(quán)矩陣對該多個用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形，以向該多個用戶設(shè)備發(fā)射信號，該確定通用加權(quán)矩陣的方案提高了計算精度，且使得能夠采用通用加權(quán)矩陣對一個高鐵列車上的所有用戶設(shè)備來進(jìn)行波束成形，而無需分別確定與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的加權(quán)矩陣，從而大大減少了基站中處理的復(fù)雜 度，增加了基站的處理性能，且明顯減少了基站的功率消耗；2)能夠根據(jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計多個用戶設(shè)備的通用DOA，進(jìn)而確定與多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣，該通用DOA可適用于該多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備，從而提高了計算精度，且波達(dá)方向能夠根據(jù)高鐵列車的運行方向發(fā)生變化；3)能夠根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移，并根據(jù)該平均頻率偏移來校正發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移，以基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測，也即能夠?qū)崿F(xiàn)在針對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備進(jìn)行PRACH檢測之前，采用在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信息，來校正該發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移，從而使得校正后的信號的PDP將只有一個窗口，而不存在兩個掩碼窗口，也即，無需結(jié)合三個窗口中的PDP，便能維持對非常高速的用戶設(shè)備的高檢測性能；4)能夠根據(jù)連接至基站的全部用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定在所述全部用戶設(shè)備中的與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，或者，與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，從而實現(xiàn)對接入基站的用戶設(shè)備的分組，并針對每個分組中的多個用戶設(shè)備來執(zhí)行本發(fā)明的用于波束成形的方案和/或用于進(jìn)行PRACH檢測的方案。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一個實施例的用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的方法的流程示意圖；

圖2為圖1所示實施例的一個優(yōu)選方案的用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行PRACH檢測的方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明一個實施例的用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的裝置的結(jié)構(gòu)意圖；

圖4為圖3所示實施例的一個優(yōu)選方案的用于在高鐵移動通信系 統(tǒng)中進(jìn)行PRACH檢測的裝置的結(jié)構(gòu)意圖；

圖5為本發(fā)明一個示例的基站與高鐵列車的位置示意圖；

圖6為本發(fā)明一個示例的校正頻率偏移之后的PDP窗口的示意圖；

圖7為本發(fā)明的一個示例的高鐵通信系統(tǒng)的場景圖。

附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明一個實施例的用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的方法的流程示意圖。

其中，本實施例的方法主要由高鐵移動通信系統(tǒng)中的基站來實現(xiàn)。其中，所述高鐵移動通信系統(tǒng)為應(yīng)用與高速鐵路上的通信系統(tǒng)；優(yōu)選地，所述高鐵移動通信系統(tǒng)為LTE系統(tǒng)；更優(yōu)選地，所述高鐵移動通信系統(tǒng)為LTE TDD系統(tǒng)。

需要說明的是，所述基站和高鐵通信系統(tǒng)僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的基站和高鐵通信系統(tǒng)如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。

根據(jù)本實施例的方法包括步驟S1、步驟S2和步驟S3。

在步驟S1中，基站根據(jù)來自連接至該基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計與所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)。

其中，所述用戶設(shè)備包括任何能夠接入至基站的用戶設(shè)備；優(yōu)選地，所述用戶設(shè)備包括但不限于：PC機、平板電腦、智能手機、PDA等。其中，所述多個用戶設(shè)備可為連接至該基站的全部或部分用戶設(shè)備；優(yōu)選地，所述多個用戶設(shè)備為一個高鐵列車上的所有用戶設(shè)備。

其中，所述上行訓(xùn)練序列指的是在上行鏈路上用戶設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前或發(fā)送數(shù)據(jù)的同時向基站發(fā)送的一串已知的數(shù)據(jù)，所述上行訓(xùn)練序列可用于同步和信道估計。

其中，與一個用戶設(shè)備相對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)根據(jù)多個用戶設(shè)備的通過各自上行訓(xùn)練序列獲得的信道系數(shù)，經(jīng)過一定運算獲得。

作為一個示例，基站具有N_B根天線，有N個用戶設(shè)備連接至該基站，該N個用戶設(shè)備已分別發(fā)射SRS(Sounding Reference Signal，上行探測參考信號)訓(xùn)練序列到基站；在步驟S1中，首先，基站基于最小二乘(Lease Square，LS)準(zhǔn)則對每個用戶設(shè)備進(jìn)行信道估計，具體公式如下：

其中，表示在基站的第n_B個天線上對第k個用戶設(shè)備進(jìn)行信道估計得到的頻域上的估計信道系數(shù)，Y_P(k)表示基站接收到的來自第k個用戶設(shè)備的SRS頻域信號，S_P(k)表示已知的在第k個用戶設(shè)備端的SRS頻域信號；之后，基站基于以下公式采用IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform，離散傅里葉逆變換)進(jìn)行頻域到時域的轉(zhuǎn)換：

其中，表示與第n個用戶設(shè)備對應(yīng)的轉(zhuǎn)換到時域后的信道系數(shù)；之后，基站基于以下公式過濾并降低噪聲：

其中，表示降低噪聲后與第n個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道系數(shù)，σ²表示噪聲功率；之后，基站基于以下公式采用DFT進(jìn)行時域到頻域的轉(zhuǎn)換：

其中，H(k,n_B)表示在基站的第n_B個天線上對第k個用戶設(shè)備進(jìn)行信道估計得到的、轉(zhuǎn)換回頻域后的聯(lián)合信道系數(shù)；則基站可估計得到與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)：

其中，表示與第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)來自連接至該基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計與所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在步驟S2中，基站根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣。

其中，所述通用加權(quán)矩陣用于表示通用于所述多個用戶設(shè)備的加權(quán)矩陣，也即，對于所述每個用戶設(shè)備，基站均采用所確定的通用加權(quán)矩陣針對該用戶設(shè)備執(zhí)行波束成形操作。

需要說明的是，在高鐵移動通信系統(tǒng)中，由于高鐵列車的長度以及高鐵列車與基站之間的距離通常都是可大致確定的(如高鐵列車的長度約為200m，高鐵列車與基站之間的距離約為1000m)，因此，基站可采用一個波束來覆蓋一個高鐵列車上的所有用戶設(shè)備，從而使得該高鐵列車上的所有用戶設(shè)備可通用一個相同的加權(quán)矩陣，也即相當(dāng)于，基站可采用一個通用加權(quán)矩陣來針對接入該基站的多個用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形。例如，圖5為本發(fā)明一個示例的基站與高鐵列車的位置示意圖，該高鐵列車的長度為200m，高鐵列車與基站之間的距離為1000m(1km)，則基站可采用角度為11°的波束來覆蓋在該高鐵列車上的所有用戶設(shè)備，也即，基站可采用一個通用加權(quán)矩陣來針對該高鐵列車上的所有用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形。

作為步驟S2的一種優(yōu)選方案，所述步驟S2進(jìn)一步包括步驟S21和步驟S22。

在步驟S21中，基站根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，估計與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

其中，所述通用DOA用于表示通用于所述多個用戶設(shè)備的DOA，也即，所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備均對應(yīng)相同的通用DOA。

具體地，基站根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，估計與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA的實現(xiàn)方式包括但不限于：

1)基站根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，計算所述多個用戶設(shè)備的總相關(guān)系數(shù)；接著，基站根據(jù)所述總相關(guān)系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

其中，基站根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，計算與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道相關(guān)系數(shù)；之后通過對計算得到的信道相關(guān)系數(shù)執(zhí)行求和操作，來確定所述多個用戶設(shè)備的總相關(guān)系數(shù)。

作為本實現(xiàn)方式的一個示例，高鐵列車上的N個用戶設(shè)備均連接至基站，該基站具有N_B根天線；在步驟S1中，基站估計得到與該N個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道聯(lián)系，其中，第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)表示如下：

在步驟S21中，基站基于以下公式根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，來計算與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道相關(guān)系數(shù)：

其中，C_k用于表示與第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道相關(guān)系數(shù)，其中，符號“*”表示伴隨矩陣；接著，基站基于以下公式計算該N個用戶設(shè)備的總相關(guān)系數(shù)：

其中，表示總相關(guān)系數(shù)；接著，基站基于以下公式，來根據(jù)所述總相關(guān)系數(shù)，確定與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA：

其中，表示與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA，λ表示無線電頻率(Radio Frequency，RF)載波的波長，d為基站的天線陣列中的天線元素之間的距離，arg函數(shù)用于計算相位。

2)對于每個用戶設(shè)備，基站根據(jù)與該用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，計算與該用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA；接著，基站根據(jù)所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng) 的通用DOA。

其中，基站可采用多種方式根據(jù)所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。例如，基站對所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA進(jìn)行算數(shù)平均或均一化處理，來確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

作為本實現(xiàn)方式的一個示例，高鐵列車上的N個用戶設(shè)備均連接至基站，該基站具有N_B根天線；在步驟S1中，基站估計得到于該N個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道聯(lián)系，其中，第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)表示如下：

其中，在步驟S21中，對于每個用戶設(shè)備，基站基于以下公式，根據(jù)與該用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，來計算與該用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA：

其中，表示與第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA；之后，基站基于以下公式，根據(jù)所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA，確定與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA：

其中，表示與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，估計與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在步驟S22中，基站根據(jù)所述通用DOA，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣。

作為一個示例，在步驟S21中，基站估計得到與N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA為在步驟S22中，基站基于以下公式，根據(jù)該通用DOA來確定與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣W：

其中，符號“T”表示轉(zhuǎn)置矩陣。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，基站采用奇異值分解(Singular Value Decomposition，SVD)、基于特征值的波束成形(Eigenvalue Based Beamforming，EBB)、迫零(Zero Forcing，ZF)等算法中的任一種算法，來計算與多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備相對應(yīng)的波束成形加權(quán)矩陣；接著，基站對計算得到的多個波束成形加權(quán)矩陣進(jìn)行歸一化處理，來獲得與該多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣。

在步驟S3中，基站根據(jù)所述通用加權(quán)矩陣進(jìn)行波束成形，以向所述每個用戶設(shè)備發(fā)射信號。

作為一個示例，在步驟S2中，基站確定與高鐵列車上的N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣為W；在步驟S3中，基站基于以下公式，根據(jù)所述通用加權(quán)矩陣對向該N個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備發(fā)射的傳輸符號進(jìn)行波束成形，以向每個用戶設(shè)備發(fā)射信號：

Y_k＝WS_k

其中，S_k表示基站向第k個用戶設(shè)備發(fā)射的傳輸符號，W表示通用加權(quán)矩陣，Y_k表示第k個用戶設(shè)備接收到的信號矢量。

作為本實施例的一種優(yōu)選方案，本實施例的方法還包括步驟S4和步驟S5，如圖2所示。該優(yōu)選方案用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行PRACH檢測。

在步驟S4中，基站根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移。

其中，所述上行發(fā)射信號包括用戶設(shè)備向基站發(fā)送的任何可用于進(jìn)行上行信道估計的參考信號。優(yōu)選地，所述上行發(fā)射信號包括但不 限于：上行探測參考信號(SRS)、解調(diào)參考信號(DeModulation Reference Signal，DMRS)。需要說明的是，所述上行發(fā)射信號中包括用戶數(shù)據(jù)。

其中，所述平均頻率偏移能夠用于對多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正。需要說明的是，所述多個用戶設(shè)備中可包括在線設(shè)備、發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備，以及未在線也未發(fā)起PRACH的其他用戶設(shè)備。需要說明的是，在高鐵移動通信系統(tǒng)中，由于高鐵列車的運動速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該高鐵列車上的用戶設(shè)備相對該高鐵列車的運動速度，則用戶設(shè)備在高鐵列車上的運動可忽略，因此，高鐵列車上的所有用戶設(shè)備可視為具有相同的多普列頻率，從而使得基站能夠采用在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移，來對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正。

優(yōu)選地，所述步驟S4進(jìn)一步包括步驟S41和步驟S42。

在步驟S41中，對于所述多個在線用戶設(shè)備中的每個在線用戶設(shè)備，基站根據(jù)來自該在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信息，計算該在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移。

作為一個示例，連接至基站的N個用戶設(shè)備中，具有L(L<N)個在線用戶設(shè)備；在步驟S41中，對于該L個在線用戶設(shè)備的每個在線用戶設(shè)備，基站均執(zhí)行以下操作來確定該在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移：首先，基站根據(jù)來自該在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信息，估計該在線用戶設(shè)備在時刻m在第n個頻域樣本上的信道因子，以及該在線用戶設(shè)備在m的下一時刻在第n個頻域樣本上的信道因子，其中，基站根據(jù)上行發(fā)射信號(如SRS信號或DMRS信號)來估計所述信道因子的實現(xiàn)方式與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再進(jìn)行詳細(xì)說明；之后，基站基于以下公式，計算該在線用戶設(shè)備在時刻m的平均相位差：

其中，l＝0,1,…,L-1，n表示頻域樣本的相對位置且表示第l個在線用戶設(shè)備在時刻m的平均相位差，表示h_m,l(n)的伴隨矩陣，h_m,l(n)表示第l個在線用戶設(shè)備在時刻m在第n個頻域樣本 上的信道因子，h_m+1,l(n)表示第l個在線用戶設(shè)備在時刻m的下一時刻在第n個頻域樣本上的信道因子；之后，基站基于以下公式來計算在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移：

其中，Δ_T表示時刻m與時刻m的下一時刻之間的時間間隔(如，當(dāng)上行發(fā)射信號為SRS信號時，該時間間隔為SRS周期，該時間間隔由基站配置；當(dāng)上行發(fā)射板信號為DMRS信號時，DMRS在一個子幀內(nèi)按照協(xié)議出現(xiàn)兩次，時間間隔固定)，表示第l個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移，arg函數(shù)用于計算相位。

在步驟S42中，基站通過對步驟S41中計算得到的每個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移進(jìn)行算數(shù)平均或歸一化處理，來計算所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移。

作為一個示例，在步驟S41中，基站計算得到L個在線用戶設(shè)備中的每個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移；在步驟S42中，基站基于以下公式，通過對該L個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移進(jìn)行算數(shù)平均處理，來計算該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移：

其中，表示第l個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移，表示該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移。

作為另一個示例，在步驟S41中，基站計算得到L個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移；在步驟S42中，基站基于以下公式，通過對該L個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移進(jìn)行歸一化處理，來計算該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移：

其中，表示第l個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移，表示該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移，α_l表示第l個在線用戶設(shè)備的SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio，信號與干擾加噪聲比)。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在步驟S5中，基站根據(jù)所述平均頻率偏移對所述多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測。

作為一個示例，連接至基站的多個用戶設(shè)備中，具有L個在線用戶設(shè)備；在步驟S5中，基站基于以下公式，來根據(jù)該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移對該多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正：

其中，N_c表示同時檢測到的PRACH信道數(shù)目，y(n_c)表示校正前的第n_c個PRACH信號，y'(n_c)表示校正后的第n_c個PRACH信號，之后，基站基于校正后得到的信號y'(n_c)進(jìn)行PRACH檢測，來檢測前導(dǎo)序列，T_s表示采樣時間。

需要說明的是，基站對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正后，即可針對校正后得到的信號發(fā)起PRACH檢測，來檢測前導(dǎo)序列。

根據(jù)本優(yōu)選方案，在PRACH檢測前，能夠基于來自在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，來對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正；此外，根據(jù)本優(yōu)選方案，在完成對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移的校正之后，PDP將只有一個窗口，而不存在兩個“掩碼(masking)”窗口，也即，無需結(jié)合三個窗口中的PDP，便能維持對非常高速的用戶設(shè)備的高檢測性能，從而使得PRACH檢測的復(fù)雜將降低，系統(tǒng)性能將得到改善，圖6為本發(fā)明一個示例的校正頻率偏移之后的PDP窗口的示意圖，其中，N_CS表示隨機接入碼的長度，sig(n_c) 為對第n_c個PRACH信號的頻率偏移進(jìn)行校正后得到的信號，n_c＝0,1,…,N_c-1，N_c表示同時檢測到的PRACH信道數(shù)目，C₀為理論PRACH頻率點，C_-1為逆向多普勒偏移造成的PRACH頻率點，C₁為逆向多普勒偏移造成的PRACH頻率點，d_u為多普勒偏移造成的頻率偏移的幅度；從該圖中明顯可看出校正后檢測sig(n_c)時僅存在一個PDP窗口，而不存在兩個掩碼窗口。

作為本實施例的一種優(yōu)選方案，本實施例的方法還包括在步驟S1之前執(zhí)行的步驟S0。

在步驟S0中，基站根據(jù)連接至基站的全部用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定在所述全部用戶設(shè)備中的與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，或者，與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備。

其中，所述基站跟蹤信息包括任何用于指示用戶設(shè)備歷史經(jīng)過的基站序列的信息。優(yōu)選地，所述基站跟蹤信息包括但不限于：最近一段時間內(nèi)列車歷史經(jīng)過的所有基站的順序、列車最近經(jīng)過的兩個基站的順序、列車在接入該基站之前所接入的基站等。例如，基站跟蹤信息指示用戶設(shè)備在接入當(dāng)前基站之前所接入的基站為eNB2。

其中，基站可采用多種方式確定正方向和反方向。例如，基站中可預(yù)先存儲有正方向上的基站序列以及反方向上的基站序列，則基站直接確定正方向和反方向。又例如，基站隨機將一個基站序列方向作為正方向，且將相反的基站序列作為反方向(如基站將基站序列eNB1-eNB2-eNB3的方向作為正方向，且將與上述基站序列的相反的基站序列eNB3-eNB2-eNB1作為反方向)。

作為步驟S0的一個示例，圖7為本發(fā)明的一個示例的高鐵通信系統(tǒng)的場景圖，該圖示出了鐵路的正方向和反方向，基站中預(yù)先存儲正方向上的基站序列eNB1-eNB2-eNB3，以及反方向上的基站序列eNB3-eNB2-eNB1；用戶設(shè)備UE1和UE2當(dāng)前均接入eNB2，UE1的基站跟蹤信息指示UE1最近一次歷史接入的基站為eNB1，UE2的基站跟蹤信息指示UE2最近一次歷史接入的基站為eNB3，則eNB2確定UE1為正方向上的用戶設(shè)備，且UE2為反方向上的用戶設(shè)備。

需要說明的是，在確定正方向上的多個用戶設(shè)備，和/或反方向上的用戶設(shè)備之后，基站可采用本實施例的上述方案來對該多個用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形和PRACH檢測。

作為一個示例，基于圖7所示的場景，高鐵列車Train1沿圖示正方向行駛，高鐵列車Train2沿圖示反方向行駛，當(dāng)Train1和Train2相遇且兩輛列車上的所有用戶設(shè)備均接入eNB2時，eNB2根據(jù)該兩輛列車上的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定Train1上的全部用戶設(shè)備為與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train1上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group1”)，且Train2上的全部用戶設(shè)備為與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train2上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group2”)。之后，針對Group1，eNB2執(zhí)行步驟S1、步驟S2、步驟S3確定與Group1對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣w1，并基于w1來進(jìn)行波束成形；針對Group2，eNB2執(zhí)行步驟S1、步驟S2、步驟S3確定與Group2對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣w2，并基于w2來進(jìn)行波束成形。

作為另一個示例，基于圖7所示的場景，高鐵列車Train1沿圖示正方向行駛，高鐵列車Train2沿圖示反方向行駛，當(dāng)Train1和Train2相遇且兩輛列車上的所有用戶設(shè)備均接入eNB2時，eNB2根據(jù)該兩輛列車上的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定Train1上的全部用戶設(shè)備為與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train1上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group1”)，且Train2上的全部用戶設(shè)備為與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train2上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group2”)。之后，針對Group1，eNB2執(zhí)行步驟S4估計得到與Group1對應(yīng)的平均頻率偏移并執(zhí)行步驟S5來根據(jù)對Group1進(jìn)行頻率偏移的校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測；針對Group2，eNB2執(zhí)行步驟S4估計得到與Group2對應(yīng)的平均頻率偏移并執(zhí)行步驟S5來根據(jù)對Group2進(jìn)行頻率偏移的校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)連接至基站的全 部用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定在所述全部用戶設(shè)備中的與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，或者，與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實施例的方案，在高鐵通信系統(tǒng)中，能夠?qū)Ω鶕?jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，確定與該多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣，以根據(jù)該通用加權(quán)矩陣對該多個用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形，以向該多個用戶設(shè)備發(fā)射信號，該確定通用加權(quán)矩陣的方案提高了計算精度，且使得能夠采用通用加權(quán)矩陣對一個高鐵列車上的所有用戶設(shè)備來進(jìn)行波束成形，而無需分別確定與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的加權(quán)矩陣，從而大大減少了基站中處理的復(fù)雜度，增加了基站的處理性能，且明顯減少了基站的功率消耗；能夠根據(jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計多個用戶設(shè)備的通用DOA，進(jìn)而確定與多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣，該通用DOA可適用于該多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備，從而提高了計算精度，且波達(dá)方向能夠根據(jù)高鐵列車的運行方向發(fā)生變化。

此外，能夠根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移，并根據(jù)該平均頻率偏移來校正發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移，以基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測，也即能夠?qū)崿F(xiàn)在針對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備進(jìn)行PRACH檢測之前，采用在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信息，來校正該發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移，從而使得校正后的信號的PDP將只有一個窗口，而不存在兩個掩碼窗口，也即，無需結(jié)合三個窗口中的PDP，便能維持對非常高速的用戶設(shè)備的高檢測性能。

此外，能夠根據(jù)連接至基站的全部用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定在所述全部用戶設(shè)備中的與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，或者，與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，從而實現(xiàn)對接入基站的用戶設(shè)備的分組，并針對每個分組中的多個用戶設(shè)備來執(zhí)行本發(fā)明的用于波束成形的方案和/或用于進(jìn)行PRACH檢測的方案。

圖3為本發(fā)明一個實施例的用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行波束成形的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例主要由基站來實現(xiàn)，該基站包括用于進(jìn)行波束成形的裝置(以下簡稱為“波束成形裝置”)，該波束成形裝置包括第一估計裝置1、第一確定裝置2和加權(quán)裝置3。

基站的第一估計裝置1根據(jù)來自連接至該基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計與所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)。

其中，所述用戶設(shè)備包括任何能夠介入至基站的用戶設(shè)備；優(yōu)選地，所述用戶設(shè)備包括但不限于：PC機、平板電腦、智能手機、PDA等。其中，所述多個用戶設(shè)備可為連接至該基站的全部或部分用戶設(shè)備；優(yōu)選地，所述多個用戶設(shè)備為一個高鐵列車上的所有用戶設(shè)備。

其中，所述上行訓(xùn)練序列指的是在上行鏈路上用戶設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前或發(fā)送數(shù)據(jù)的同時向基站發(fā)送的一串已知的數(shù)據(jù)，所述上行訓(xùn)練序列可用于同步和信道估計。

其中，與一個用戶設(shè)備相對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)根據(jù)多個用戶設(shè)備的通過各自上行訓(xùn)練序列獲得的信道系數(shù)，經(jīng)過一定運算獲得。

作為一個示例，基站具有N_B根天線，有N個用戶設(shè)備連接至該基站，該N個用戶設(shè)備已分別發(fā)射SRS(Sounding Reference Signal，上行探測參考信號)訓(xùn)練序列到基站；首先，第一估計裝置1基于最小二乘(Lease Square，LS)準(zhǔn)則對每個用戶設(shè)備進(jìn)行信道估計，具體公式如下：

其中，表示在基站的第n_B個天線上對第k個用戶設(shè)備進(jìn)行信道估計得到的頻域上的估計信道系數(shù)，Y_P(k)表示基站接收到的來自第k個用戶設(shè)備的SRS頻域信號，S_P(k)表示已知的在第k個用戶設(shè)備端的SRS頻域信號；之后，第一估計裝置1基于以下公式采用IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform，離散傅里葉逆變換)進(jìn)行頻域到時域的轉(zhuǎn)換：

其中，表示與第n個用戶設(shè)備對應(yīng)的轉(zhuǎn)換到時域后的信道系數(shù)；之后，第一估計裝置1基于以下公式過濾并降低噪聲：

其中，表示降低噪聲后與第n個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道系數(shù)，σ²表示噪聲功率；之后，第一估計裝置1基于以下公式采用DFT進(jìn)行時域到頻域的轉(zhuǎn)換：

其中，H(k,n_B)表示在基站的第n_B個天線上對第k個用戶設(shè)備進(jìn)行信道估計得到的、轉(zhuǎn)換回頻域后的聯(lián)合信道系數(shù)；則第一估計裝置1可估計得到與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)：

其中，表示與第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)來自連接至該基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計與所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

第一確定裝置2根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣。

其中，所述通用加權(quán)矩陣用于表示通用于所述多個用戶設(shè)備的加權(quán)矩陣，也即，對于所述每個用戶設(shè)備，基站均采用所確定的通用加權(quán)矩陣針對該用戶設(shè)備執(zhí)行波束成形操作。

需要說明的是，在高鐵移動通信系統(tǒng)中，由于高鐵列車的長度以及高鐵列車與基站之間的距離通常都是可大致確定的(如高鐵列車的長度約為200m，高鐵列車與基站之間的距離約為1000m)，因此，基站可采用一個波束來覆蓋一個高鐵列車上的所有用戶設(shè)備，從而使 得該高鐵列車上的所有用戶設(shè)備可通用一個相同的加權(quán)矩陣，也即相當(dāng)于，基站可采用一個通用加權(quán)矩陣來針對接入該基站的多個用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形。例如，圖5為本發(fā)明一個示例的基站與高鐵列車的位置示意圖，該高鐵列車的長度為200m，高鐵列車與基站之間的距離為1000m，則基站可采用角度為11°的波束來覆蓋在該高鐵列車上的所有用戶設(shè)備，也即，基站可采用一個通用加權(quán)矩陣來針對該高鐵列車上的所有用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形。

作為第一確定裝置2的一種優(yōu)選方案，所述第一確定裝置2進(jìn)一步包括第二估計裝置(圖未示)和第一子確定裝置(圖未示)。

第二估計裝置根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，估計與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

其中，所述通用DOA用于表示通用于所述多個用戶設(shè)備的DOA，也即，所述多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備均對應(yīng)相同的通用DOA。

具體地，第二估計裝置根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，估計與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA的實現(xiàn)方式包括但不限于：

1)第二估計裝置進(jìn)一步包括第一計算裝置(圖未示)和第二子確定裝置(圖未示)。第一計算裝置根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，計算所述多個用戶設(shè)備的總相關(guān)系數(shù)；接著，二子確定裝置根據(jù)所述總相關(guān)系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

其中，第一計算裝置根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，計算與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道相關(guān)系數(shù)；之后通過對計算得到的信道相關(guān)系數(shù)執(zhí)行求和操作，來確定所述多個用戶設(shè)備的總相關(guān)系數(shù)。

作為本實現(xiàn)方式的一個示例，高鐵列車上的N個用戶設(shè)備均連接至基站，該基站具有N_B根天線；第一估計裝置1估計得到與該N個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道聯(lián)系，其中，第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)表示如下：

第一計算裝置基于以下公式根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，來計算與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道相關(guān)系數(shù)：

其中，C_k用于表示與第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的信道相關(guān)系數(shù)，其中，符號“*”表示伴隨矩陣；接著，第一計算裝置基于以下公式計算該N個用戶設(shè)備的總相關(guān)系數(shù)：

其中，表示總相關(guān)系數(shù)；接著，第二子確定裝置基于以下公式，來根據(jù)所述總相關(guān)系數(shù)，確定與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA：

其中，表示與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA，λ表示無線電頻率(Radio Frequency，RF)載波的波長，d為基站的天線陣列中的天線元素之間的距離，arg函數(shù)用于計算相位。

2)第二估計裝置進(jìn)一步包括第二計算裝置(圖未示)和第三子確定裝置(圖未示)。對于每個用戶設(shè)備，第二計算裝置根據(jù)與該用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，計算與該用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA；接著，第三子確定裝置根據(jù)所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

其中，第三子確定裝置可采用多種方式根據(jù)所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。例如，第三子確定裝置對所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA進(jìn)行算數(shù)平均或均一化處理，來確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

作為本實現(xiàn)方式的一個示例，高鐵列車上的N個用戶設(shè)備均連接至基站，該基站具有N_B根天線；第一估計裝置1估計得到于該N個 用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道聯(lián)系，其中，第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)表示如下：

其中，對于每個用戶設(shè)備，第二計算裝置基于以下公式，根據(jù)與該用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，來計算與該用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA：

其中，表示與第k個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA；之后，第三子確定裝置基于以下公式，根據(jù)所獲得的與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的估計DOA，確定與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA：

其中，表示與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，估計與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

第一子確定裝置根據(jù)所述通用DOA，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣。

作為一個示例，第二估計裝置估計得到與N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用DOA為第一子確定裝置基于以下公式，根據(jù)該通用DOA來確定與該N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣W：

其中，符號“T”表示轉(zhuǎn)置矩陣。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)與所述每個用戶設(shè)備對應(yīng)的聯(lián)合信道系數(shù)，確定與所述多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，基站采用奇異值分解(Singular Value Decomposition，SVD)、基于特征值的 波束成形(Eigenvalue Based Beamforming，EBB)、迫零(Zero Forcing，ZF)等算法中的任一種算法，來計算與多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備相對應(yīng)的波束成形加權(quán)矩陣；接著，基站對計算得到的多個波束成形加權(quán)矩陣進(jìn)行歸一化處理，來獲得與該多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣。

加權(quán)裝置3根據(jù)所述通用加權(quán)矩陣進(jìn)行波束成形，以向所述每個用戶設(shè)備發(fā)射信號。

作為一個示例，第一確定裝置2確定與高鐵列車上的N個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣為W；加權(quán)裝置3基于以下公式，根據(jù)所述通用加權(quán)矩陣對向該N個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備發(fā)射的傳輸符號進(jìn)行波束成形，以向每個用戶設(shè)備發(fā)射信號：

Y_k＝WS_k

其中，S_k表示基站向第k個用戶設(shè)備發(fā)射的傳輸符號，W表示通用加權(quán)矩陣，Y_k表示第k個用戶設(shè)備接收到的信號矢量。

作為本實施例的一種優(yōu)選方案，本實施例的波束成形裝置還包括第三估計裝置4和校正裝置5，如圖4所示。該優(yōu)選方案用于在高鐵移動通信系統(tǒng)中進(jìn)行PRACH檢測。

第三估計裝置4根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移。

其中，所述上行發(fā)射信號包括用戶設(shè)備向基站發(fā)送的任何可用于進(jìn)行上行信道估計的參考信號。優(yōu)選地，所述上行發(fā)射信號包括但不限于：上行探測參考信號(SRS)、解調(diào)參考信號(DeModulation Reference Signal，DMRS)。需要說明的是，所述上行發(fā)射信號中包括用戶數(shù)據(jù)。

其中，所述平均頻率偏移能夠用于對多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正。需要說明的是，所述多個用戶設(shè)備中可包括在線設(shè)備、發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備，以及未在線也未發(fā)起PRACH的其他用戶設(shè)備。需要說明的是，在高鐵移動通信系統(tǒng)中，由于高鐵列車的運動速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該高鐵列車上的用戶設(shè)備 相對該高鐵列車的運動速度，則用戶設(shè)備在高鐵列車上的運動可忽略，因此，高鐵列車上的所有用戶設(shè)備可視為具有相同的多普列頻率，從而使得基站能夠采用在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移，來對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正。

優(yōu)選地，所述第三估計裝置4進(jìn)一步包括第三計算裝置(圖未示)和第四計算裝置(圖未示)。

對于所述多個在線用戶設(shè)備中的每個在線用戶設(shè)備，第三計算裝置根據(jù)來自該在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信息，計算該在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移。

作為一個示例，連接至基站的N個用戶設(shè)備中，具有L(L<N)個在線用戶設(shè)備；對于該L個在線用戶設(shè)備的每個在線用戶設(shè)備，第三計算裝置均執(zhí)行以下操作來確定該在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移：首先，第三計算裝置根據(jù)來自該在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信息，估計該在線用戶設(shè)備在時刻m在第n個頻域樣本上的信道因子，以及該在線用戶設(shè)備在m的下一時刻在第n個頻域樣本上的信道因子，其中，第三計算裝置根據(jù)上行發(fā)射信號(如SRS信號或DMRS信號)來估計所述信道因子的實現(xiàn)方式與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再進(jìn)行詳細(xì)說明；之后，第三計算裝置基于以下公式，計算該在線用戶設(shè)備在時刻m的平均相位差：

其中，l＝0,1,…,L-1，n表示頻域樣本的相對位置且表示第l個在線用戶設(shè)備在時刻m的平均相位差，表示h_m,l(n)的伴隨矩陣，h_m,l(n)表示第l個在線用戶設(shè)備在時刻m在第n個頻域樣本上的信道因子，h_m+1,l(n)表示第l個在線用戶設(shè)備在時刻m的下一時刻在第n個頻域樣本上的信道因子；之后，第三計算裝置基于以下公式來計算在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移：

其中，Δ_T表示時刻m與時刻m的下一時刻之間的時間間隔(如， 當(dāng)上行發(fā)射信號為SRS信號時，該時間間隔為SRS周期，該時間間隔由基站配置；當(dāng)上行發(fā)射板信號為DMRS信號時，DMRS在一個子幀內(nèi)按照協(xié)議出現(xiàn)兩次，時間間隔固定)，表示第l個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移，arg函數(shù)用于計算相位。

第四計算裝置通過對第三計算裝置計算得到的每個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移進(jìn)行算數(shù)平均或歸一化處理，來計算所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移。

作為一個示例，第三計算裝置計算得到L個在線用戶設(shè)備中的每個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移；第四計算裝置基于以下公式，通過對該L個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移進(jìn)行算數(shù)平均處理，來計算該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移：

其中，表示第l個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移，表示該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移。

作為另一個示例，第三計算裝置計算得到L個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移；第四計算裝置基于以下公式，通過對該L個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移進(jìn)行歸一化處理，來計算該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移：

其中，表示第l個在線用戶設(shè)備的估計頻率偏移，表示該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移，α_l表示第l個在線用戶設(shè)備的SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信號與干擾加噪聲比)。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

校正裝置5根據(jù)所述平均頻率偏移對所述多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測。

作為一個示例，連接至基站的多個用戶設(shè)備中，具有L個在線用戶設(shè)備；校正裝置5基于以下公式，來根據(jù)該L個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移對該多個用戶設(shè)備中發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正：

其中，N_c表示同時檢測到的PRACH信道數(shù)目，y(n_c)表示校正前的第n_c個PRACH信號，y'(n_c)表示校正后的第n_c個PRACH信號，之后，校正裝置5基于校正后得到的信號y'(n_c)進(jìn)行PRACH檢測，來檢測前導(dǎo)序列，T_s表示采樣時間。

根據(jù)本優(yōu)選方案，在PRACH檢測前，能夠基于來自在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，來對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移進(jìn)行校正；此外，根據(jù)本優(yōu)選方案，在完成對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移的校正之后，PDP將只有一個窗口，而不存在兩個“掩碼(masking)”窗口，也即，無需結(jié)合三個窗口中的PDP，便能維持對非常高速的用戶設(shè)備的高檢測性能，從而使得PRACH檢測的復(fù)雜將降低，系統(tǒng)性能將得到改善，圖6為本發(fā)明一個示例的校正頻率偏移之后的PDP窗口的示意圖，其中，N_CS表示隨機接入碼的長度，sig(n_c)為對第n_c個PRACH信號的頻率偏移進(jìn)行校正后得到的信號，n_c＝0,1,…,N_c-1，N_c表示同時檢測到的PRACH信道數(shù)目，C₀為理論PRACH頻率，C_-1為逆向多普勒偏移造成的PRACH頻率，C₁為逆向多普勒偏移造成的PRACH頻率，d_u為多普勒偏移造成的頻率變化的幅度；從該圖中明顯可看出校正后檢測sig(n_c)時僅存在一個PDP窗口，而不存在兩個掩碼窗口。

作為本實施例的一種優(yōu)選方案，本實施例的波束成形裝置還包括在在第一估計裝置1之前執(zhí)行操作的第二確定裝置(圖未示)。

第二確定裝置根據(jù)連接至基站的全部用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè) 備的基站跟蹤信息，確定在所述全部用戶設(shè)備中的與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，或者，與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備。

其中，所述基站跟蹤信息包括任何用于指示用戶設(shè)備歷史經(jīng)過的基站序列的信息。優(yōu)選地，所述基站跟蹤信息包括但不限于：最近一段時間內(nèi)列車歷史經(jīng)過的所有基站的順序、列車最近經(jīng)過的兩個基站的順序、列車在接入該基站之前所接入的基站等。例如，基站跟蹤信息指示用戶設(shè)備在接入當(dāng)前基站之前所接入的基站為eNB2。

其中，第二確定裝置可采用多種方式確定正方向和反方向。例如，基站中可預(yù)先存儲有正方向上的基站序列以及反方向上的基站序列，則第二確定裝置直接確定正方向和反方向。又例如，第二確定裝置隨機將一個基站序列方向作為正方向，且將相反的基站序列作為反方向(如第二確定裝置將基站序列eNB1-eNB2-eNB3的方向作為正方向，且將與上述基站序列的相反的基站序列eNB3-eNB2-eNB1作為反方向)。

作為一個示例，圖7為本發(fā)明的一個示例的高鐵通信系統(tǒng)的場景圖，該圖示出了鐵路的正方向和反方向，基站中預(yù)先存儲正方向上的基站序列eNB1-eNB2-eNB3，以及反方向上的基站序列eNB3-eNB2-eNB1；用戶設(shè)備UE1和UE2當(dāng)前均接入eNB2，UE1的基站跟蹤信息指示UE1最近一次歷史接入的基站為eNB1，UE2的基站跟蹤信息指示UE2最近一次歷史接入的基站為eNB3，則eNB2的第二確定裝置確定UE1為正方向上的用戶設(shè)備，且UE2為反方向上的用戶設(shè)備。

需要說明的是，在確定正方向上的多個用戶設(shè)備，和/或反方向上的用戶設(shè)備之后，基站可采用本實施例的上述方案來對該多個用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形和PRACH檢測。

作為一個示例，基于圖7所示的場景，高鐵列車Train1沿圖示正方向行駛，高鐵列車Train2沿圖示反方向行駛，當(dāng)Train1和Train2相遇且兩輛列車上的所有用戶設(shè)備均接入eNB2時，eNB2的第二確定裝置根據(jù)該兩輛列車上的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定 Train1上的全部用戶設(shè)備為與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train1上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group1”)，且Train2上的全部用戶設(shè)備為與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train2上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group2”)。之后，針對Group1，eNB2的第一估計裝置1、第一確定裝置2和加權(quán)裝置3執(zhí)行操作來確定與Group1對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣w1，并基于w1來進(jìn)行波束成形；針對Group2，eNB2的第一估計裝置1、第一確定裝置2和加權(quán)裝置3執(zhí)行操作確定與Group2對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣w2，并基于w2來進(jìn)行波束成形。

作為另一個示例，基于圖7所示的場景，高鐵列車Train1沿圖示正方向行駛，高鐵列車Train2沿圖示反方向行駛，當(dāng)Train1和Train2相遇且兩輛列車上的所有用戶設(shè)備均接入eNB2時，eNB2的第二確定裝置根據(jù)該兩輛列車上的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定Train1上的全部用戶設(shè)備為與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train1上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group1”)，且Train2上的全部用戶設(shè)備為與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備(以下將Train2上的全部用戶設(shè)備簡稱為“Group2”)。之后，針對Group1，eNB2的第三估計裝置執(zhí)行操作來估計得到與Group1對應(yīng)的平均頻率偏移且校正裝置執(zhí)行操作來根據(jù)對Group1進(jìn)行頻率偏移的校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測；針對Group2，eNB2的第三估計裝置執(zhí)行操作來估計得到與Group2對應(yīng)的平均頻率偏移且校正裝置執(zhí)行操作來根據(jù)對Group2進(jìn)行頻率偏移的校正，并基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測。

需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何根據(jù)連接至基站的全部用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定在所述全部用戶設(shè)備中的與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，或者，與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備的實現(xiàn)方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實施例的方案，在高鐵通信系統(tǒng)中，能夠?qū)Ω鶕?jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，確定與該多個用戶設(shè)備對應(yīng) 的通用加權(quán)矩陣，以根據(jù)該通用加權(quán)矩陣對該多個用戶設(shè)備進(jìn)行波束成形，以向該多個用戶設(shè)備發(fā)射信號，該確定通用加權(quán)矩陣的方案提高了計算精度，且使得能夠采用通用加權(quán)矩陣對一個高鐵列車上的所有用戶設(shè)備來進(jìn)行波束成形，而無需分別確定與每個用戶設(shè)備對應(yīng)的加權(quán)矩陣，從而大大減少了基站中處理的復(fù)雜度，增加了基站的處理性能，且明顯減少了基站的功率消耗；能夠根據(jù)來自連接至基站的多個用戶設(shè)備的上行訓(xùn)練序列，估計多個用戶設(shè)備的通用DOA，進(jìn)而確定與多個用戶設(shè)備對應(yīng)的通用加權(quán)矩陣，該通用DOA可適用于該多個用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備，從而提高了計算精度，且波達(dá)方向能夠根據(jù)高鐵列車的運行方向發(fā)生變化。

此外，能夠根據(jù)來自所述多個用戶設(shè)備中的多個在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信號，估計所述多個在線用戶設(shè)備的平均頻率偏移，并根據(jù)該平均頻率偏移來校正發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移，以基于校正后得到的信號進(jìn)行PRACH檢測，也即能夠?qū)崿F(xiàn)在針對發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備進(jìn)行PRACH檢測之前，采用在線用戶設(shè)備的上行發(fā)射信息，來校正該發(fā)起PRACH的用戶設(shè)備的頻率偏移，從而使得校正后的信號的PDP將只有一個窗口，而不存在兩個掩碼窗口，也即，無需結(jié)合三個窗口中的PDP，便能維持對非常高速的用戶設(shè)備的高檢測性能。

此外，能夠根據(jù)連接至基站的全部用戶設(shè)備中的每個用戶設(shè)備的基站跟蹤信息，確定在所述全部用戶設(shè)備中的與正方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，或者，與反方向相對應(yīng)的多個用戶設(shè)備，從而實現(xiàn)對接入基站的用戶設(shè)備的分組，并針對每個分組中的多個用戶設(shè)備來執(zhí)行本發(fā)明的用于波束成形的方案和/或用于進(jìn)行PRACH檢測的方案。

需要注意的是，本發(fā)明可在軟件和/或軟件與硬件的組合體中被實施，例如，本發(fā)明的各個裝置可采用專用集成電路(ASIC)或任何其他類似硬件設(shè)備來實現(xiàn)。在一個實施例中，本發(fā)明的軟件程序可以通過處理器執(zhí)行以實現(xiàn)上文所述步驟或功能。同樣地，本發(fā)明的軟件程 序(包括相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))可以被存儲到計算機可讀記錄介質(zhì)中，例如，RAM存儲器，磁或光驅(qū)動器或軟磁盤及類似設(shè)備。另外，本發(fā)明的一些步驟或功能可采用硬件來實現(xiàn)，例如，作為與處理器配合從而執(zhí)行各個步驟或功能的電路。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。系統(tǒng)權(quán)利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。